Круговые термодинамические процессы

В результате совершения кругового термодинамического процесса (цикла) рабочее тело возвращается в свое начальное состояние, после чего оно может повторить такой же цикл. Циклы могут быть прямыми и обратными.

Таблица 2.1 - Варианты индивидуального задания 2

Вариант	Задачи из подразделов	Вариант	Задачи из подразделов
2.1.1	2.2.1	2.3.1	2.4.1	7.1	8.1	9.1	10.1
	1 - 3	1 - 6	1 - 4	1 - 3		4, 5, 8	1 - 6	8 - 11	4, 5, 8
	2 - 4	1 - 6	4, 5, 8, 10	2 - 4		5, 6, 7	1 - 6	7 - 10	5, 6, 7
	3 - 5	1 - 6	5, 6, 7, 11	3 - 5		6, 7, 2	1 - 6	6 - 9	6, 7, 2
	4 - 6	1 - 6	6, 7, 2, 12	4 - 6		7, 8, 3	1 - 6	5 - 8	7, 8, 3
	5 - 7	1 - 6	7, 8, 3, 5	5 - 7		8, 9, 4	1 - 6	4 - 7	8, 9, 4
	6 - 8	1 - 6	8, 9, 4, 6	6 - 8		7, 9, 2	1 - 6	3 - 6	7, 9, 2
	7 - 9	1 - 6	7, 9, 2, 3	7 - 9		6, 8, 4	1 - 6	2 - 5	6, 8, 4
	2, 3, 8	1 - 6	4, 5, 8, 9	2, 3, 8		4, 5, 6	1 - 6	1 - 4	4, 5, 6
	3, 4, 9	1 - 6	9 - 12	3, 4, 9

Термический коэффициент полезного действия прямого цикла есть отношение полученной работы в цикле к затраченному количеству теплоты:

или или

где - термический коэффициент полезного действия (КПД) цикла;
| Q ₁ |, |Q ₂ | - абсолютные значения подведенной и отведенной теплоты, Дж; |L ₀ | - абсолютное значение полученной работы, Дж; Т ₂, Т ₁ - температура теплоприемника и теплоотдатчика, К.

Холодильный коэффициент полученного действия есть отношение отводимой в обратном цикле теплоты к затраченной работе:

или , или

Литература: [2 - 5].

Задачи

1) Температура океанской воды в тропиках на глубине 1000 м равна 1 ⁰С и на поверхности 24 ⁰С. Найти термический КПД теплового двигателя, если бы он работал по циклу Карно в указанном интервале температур. Ответ: 6,7 %.

2) На Крайнем Севере под слоем вечного льда морская вода имеет температуру +3 ⁰С, а температура наружного воздуха -22 ⁰С. Найти термический КПД теплового двигателя, если бы он работал по циклу Карно в таком интервале температур. Ответ: 9,1 %.

3) Найти работу цикла Карно и количество теплоты, передаваемое теплоприемнику, при следующих условиях: температура по верхней изотерме равна 200 ⁰С, по нижней изотерме 10 ⁰С. Количество подводимой теплоты от теплоотдатчика Q ₂ = 1,7 МДж. Ответ: 0,07 МДж; 1,02 МДж.

4) Воздух совершал прямой цикл Карно в интервале температур 250...30 ⁰С. Максимальное давление в цикле 1 МПа, а минимальное 120 кПа. Исследовать цикл. Ответ: v ₁ = 0,150 м³/кг; v ₂ = 0,185 м³/кг; v ₃ = 0,725 м³/кг; v ₄=
= 0,588 м³/кг; Р ₂ = 811 кПа; Р ₄ = 145 кПа; = 0,42; l ₀= 13,22 кДж; | q ₁ | = 31,43 кДж/кг; | q ₂ | = 18,21 кДж/кг.

5) Определить КПД обратимого цикла теплового двигателя, если температура теплоотдатчика 200 ⁰С, а теплоприемника 30 ⁰С. Ответ: 0,36.

6) Воздух массой 1 кг изобарно расширяется с увеличением температуры от 15 до 150 ⁰С. Найти изменение удельной энтропии в этом процессе. Ответ: 389 Дж/(кг×К).

7) Имеется идеальный газ массой 1 кг при температуре 0 ⁰С и газ массой тоже 1 кг, но при температуре 100 ⁰С. Найти изменение энтропии этих двух газов в результате их смешения при постоянном давлении. Средняя удельная теплоемкость газов 1 кДж/(кг К). Теплообмен с внешней средой отсутствует. Ответ: 24 Дж/К.

8) Воду массой 2 кг при температуре 60 ⁰С смешивают с водой массой 20 кг и температурой 3 ⁰С. Найти изменение энтропии при смешении этих двух масс. Ответ: 83 Дж/К.

9) Стальную поковку массой 2 кг и температурой 200 ⁰С погружают в воду объемом 5 л и температурой 5 ⁰С. Найти изменение энтропии этой системы. Удельная теплоемкость стали 687 Дж/(кг К). Ответ: 209 Дж/К.

Дата добавления: 2015-08-13